RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Fare sperm kapamanı sırasında glikoliz ve oksidatif fosforilasyondaki gerçek zamanlı değişiklikleri izlemek için hücre dışı akı analizörü uygulamasını tanımladık.
Memeli spermleri kapacitation olarak bilinen bir süreç içinde kadın üreme sisteminde döllenme kapasitesi elde. Kapacitation ile ilişkili süreçler enerji gerektirir. Sperm progresif hareketliliği, kapasitasyon, hiperaktivasyon ve akrozom reaksiyonunu besleyen ATP'yi üreten kaynaklar hakkında devam eden tartışmalar devam etmektedir. Burada, fare sperm kapamanı sırasında enerji metabolizmasındaki değişiklikleri analiz etmek için bir araç olarak hücre dışı akı analizörü uygulaması açıklar. H+ve O2- hassas floropores kullanarak, bu yöntem glikoliz ve oksidatif fosforilasyon un kapasitif olmayan ve kapasitif sperm gerçek zamanlı olarak izlenmesine olanak sağlar. Farklı enerji yüzeyleri ve/veya farmakolojik aktivatörler ve/veya inhibitörlerin varlığında bu titreşmenin kullanılması, farklı metabolik yolların katkısı ve sperm kapacitation sırasında sinyal basamakları ile metabolizma arasındaki kesişim hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.
Kütle spektrometresi uygulaması metabolizma çalışmalarında devrim yarattı. Hedeflenen metabolik profilleme ve metabolomik izleme, enerji metabolizmasındaki değişikliklerin hassas bir şekilde izlenmesine olanak sağlar. Ancak, metabolomik performans başarıyla kapsamlı eğitim gerektirir, deneyimli personel, ve pahalı, son derece hassas kütle spektrometreler her laboratuvar için hazır değil. Son yıllarda, bir hücre dışı akı analizörü kullanarak, Seahorse XFe96 gibi çeşitli hücre tiplerinde enerji metabolizmasında ki değişiklikleri ölçmek için bir vekil yöntemi olarak popüler büyüdü1,2,3,4,5.
Sperm son derece özel hareketli hücrelerdir; kimin görevi yumurta için baba genomu teslim etmektir. Boşaldıktan sonra erkek üreme sisteminden ayrılan spermler hala işlevsel olarak olgunlaşmamış durumdadır ve yumurtaların yeleklerine giremedikleri için yumurtayı dölleyemezler. Onlar kapacitation6,7olarak bilinen bir olgunlaşma sürecinde kadın üreme sistemi ile transit olarak Sperm döllenme yetkinliği elde . Cauda epididimisinden yeni boşalan sperm veya sperm, Ca2+içeren tanımlanmış kapasitasyon ortamlarında inkübasyon veya hücregeçirgen cAMP analogu (örn. dibutyryl-cAMP), kolesterol kabul verici (örneğin, sığır serum albumini, BSA) ve bir enerji kaynağı (örneğin, glikoz). Kapacitation sırasında, sperm asimetrik kamçı ritmi içine hareketlilik deseni değiştirmek, hiperaktivasyon denilen bir yüzme modu temsil 8,9, ve onlar akrozom reaksiyonu geçmesi için yetkili hale7, proteolitik enzimler yumurtaların vestments sindirmek serbest bırakılır. Bu süreçler enerji gerektirir ve somatik hücrelere benzer, sperm glikoliz yanı sıra mitokondriyal TCA döngüsü ve oksidatif fosfor (oksfos)10yoluyla ATP ve diğer yüksek enerjibileşikleri üretmek . Birden fazla çalışma glikoli gerekli ve sperm kapacitation desteklemek için yeterli olduğunu göstermek iken11,12,13,14, okfos katkısı daha az açıktır. Glikolisfiziksel TCA döngüsü ile birleştiğinde diğer hücre türlerinin aksine, sperm son derece bölümlere ayrılmıştır ve ayrı kamer bölmelerinde bu süreçleri korumak için düşünülmektedir: midpiece mitokondriyal makine konsantreleri, glikoli anahtar enzimleri ana parça 15 ile sınırlı gibi görünür ise16. Bu bölümleme, glikoliz tarafından ana parçada üretilen pirüvatın orta parçadaki mitokondriyal okfosu destekleyip desteklemeyeceği ve orta parçada oxphos tarafından üretilen ATP'nin anaparçanın 17,18,19'undistal kısımlarındaki enerji gereksinimlerini desteklemek için kamçının uzunluğu boyunca yeterince hızlı bir şekilde yayılıp dağıtılamayacağı konusunda devam eden bir tartışmayla sonuçlanır. Ayrıca sperm kapasitasyonunda oksfos rolü desteklenir. Sadece oxphos glikoliz daha enerjik olumlu, glikoliz daha 16 kat daha fazla ATP üreten, ancak orta hacim ve mitokondriyal içerik doğrudan eşleri için erkekler arasında rekabet daha büyük derece sergileyen memeli türlerinde üreme fitness ile ilişkilidir20. Bu soruların ele alınması, sperm kapanizasyonu sırasında glikoli ve okfosun göreceli katkılarını incelemek için yöntemler gerektirir.
Tourmente ve ark. 24-iyi ekstrasellüler akı analizörü uygulanan önemli ölçüde farklı sperm performans parametreleri ile yakından ilişkili fare türlerinin enerji metabolizmasını karşılaştırmak için21. Kapasitif olmayan spermin bazal ECAR ve OCR değerlerini raporlamak yerine, fare sperm kapaizasyonu sırasında ki enerji metabolizmasındaki değişiklikleri gerçek zamanlı olarak izlemek için 96 kuyulu hücre dışı akı analizörü kullanarak metodlarını uyarlıyoruz. Oksijen (O2) ve proton (H+)(Şekil 1A)akını ölçerek, spermde glikoliz ve okfosların on iki farklı deneysel koşullarda kamçıyı yenerek gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlayan bir yöntem geliştirdik. Glikoliz sırasında laktat için piruvat ın bozulması ve TCA-döngüsü ile CO2 üretimi nedeniyle, kapasite olmayan ve kapasitasyonlu sperm ekstrüzyonu H+ ispret media içine h+-hassas floropores ile algılanan bir sensör kartuşunun prob ucuna hareketsiz. Buna paralel olarak, oksidatif fosforilasyon ile O2 tüketimi aynı prob ucuna hareketsiz hale getirilen O2-duyarlı florofores ile tespit edilir(Şekil 1B). Serbest bırakılan H+ ve tüketilen O2 etkili tespiti bikarbonat veya fenol kırmızı olmadan düşük tamponlama kapasitesi ile değiştirilmiş bir sperm tampon gerektirir. Böylece, bikarbonat yokluğunda kapacitation indüklemek için, geniş menzilli PDE inhibitörü IBMX22ile birlikte enjekte bir hücre geçirgen cAMP analog kullanımını kabul etti. Üç ek bağımsız enjeksiyon portu farmakolojik aktivatörlerin ve/veya inhibitörlerin enjeksiyonuna izin verir, bu da deneysel manipülasyon nedeniyle hücresel solunum ve glikoliz hızındaki değişikliklerin gerçek zamanlı olarak algılanmasını kolaylaştırır.
Spermler 8-16 haftalık CD-1 erkek farelerden toplanır. Hayvan deneyleri Weill Cornell Medicine'in Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Tsamadan önceki gün
2. Teşekkün günü
Bu yöntem, fare sperm kapamansırasında glikoliz ve oksfos oranındaki gerçek zamanlı değişiklikleri izlemek için hücre dışı akı analizörü kullanır. Şekil 4, farmakolojik modülatörler olarak tek enerji substratı ve 2-DG ve antimisin ve rotenon olarak glikoz varlığında spermin kapasitif olduğu örnek bir deney göstermektedir. Ekstrasellüler akı analizörü TYH tamponundaki enerji substratı ve farmakolojik modülatörler deneyin amacına bağlı olarak serbestçe seçilebilir. BSA/TYH'de kapasitif olmayan fare spermleri kafaları aracılığıyla ConA kaplı geçici mikrohazonun altına bağlandı. Bu örnekte, saptakedilen tüm kuyular arasında bazal ECAR ve OCR değerleri sırasıyla 12.76 ± 2.75 mpH/dk ve 23.64 ± 2.78 pmol/dak idi.
TYH tamponu ile yapılan sahte enjeksiyondan sonra, sırasıyla glikoliz ve oksidatif fosforilasyoninin inhibesi için 2-DG ve karınca/rot enjeksiyonu yapıldıktan sonra, sperm kapajesisi db-cAMP/IBMX enjeksiyonu ile indüklendi.
Temsili sonuçlar, glikoz varlığında, kapasitasyon un ekstrasellüler asitleşme hızında (ECAR) 7 kat artışla eşlik ettiğini göstermektedir, bu da glikoli 2-DG ile bloke ederek inhibe edilir(Şekil 4A). Kapasitif sperm, kapasitasyonsuz sperme(Şekil 4B)göre Oksijen Tüketim Hızında (OCR) 20 kat artış gösterir ve fare sperminin kapasiasyon sırasında artan enerji talebini desteklemek için hem glikoliz hem de oksidatif fosforilasyon olduğunu gösterir. Sperm kapaizasyonu sırasında ECAR'daki artış glikoliz inhibitörü 2-DG tarafından inhibe edilir, ancak oksidatif fosforilasyon inhibitörleri antimisin A ve rotenone etkilenmez(Şekil 4C),ECAR'daki değişimin esas olarak Glikoliz'den Kaynaklanan H+ salınımı ile hareket ettiğini gösterir. OCR artışı, beklendiği gibi, antimisin A ve rotenon tarafından bloke edilir(Şekil 4D), ama aynı zamanda 2-DG tarafından inhibe edilir (Şekil 4B) sperm kapacitation sırasında oksfos artış glikolitik aktiviteye bağlı olduğunu ortaya koymaktadır.

Şekil 1: Hücre dışı akı analizörü prensibi. (A) Glikoliz sırasında laktat glikozun bozulması ve TCA döngüsü ile CO2 üretimi nedeniyle, glikoliz ve okfos değişiklikleri ekstrasellüler ortama H+ atılım eşlik eder. XFe96 Analyzer ecar olarak ekstrasellüler H+ konsantrasyonbu değişiklikleri algılar. Buna paralel olarak oksidatif fosforilasyon ile O2 tüketimine bağlı ekstrasellüler O2 konsantrasyonundaki değişiklikler OCR olarak ölçülür. 2-deoksiglukoz (2-DG) veya kompleks I ve kompleks III inhibitörleri rotenon ve antimisin A ile solunum ile glikoliz bloke hangi metabolik yollar sperm kapaji sırasında artan enerji talebini desteklemek ortaya koymaktadır. (B) Fare spermi, cona kaplı bir mikrohazonun altına başları ile bağlanır; onların flagella serbestçe hareket ediyor. Hücre dışı H+ ve O2 konsantrasyonundaki değişiklikler H+ve O2duyarlı florofores bir sensör sondasına hareketsiz olarak tespit edilirken, sırayla en fazla dört farklı bileşik enjekte edilebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Örnek deneyin şematik gösterimi. ECAR (mpH/min) ve OCR 'de (pmol O2/dk) hücre dışı akı analizörü kullanılarak kapasitasyonsuz ve kapasitasyonlu spermde değişiklikler saptanır. Döngü 1: Bazal ECAR ve OCR değerleri. Döngüler 2-5: TYH sahte enjeksiyon sonrası sistem stabilizasyonu. Döngüler 6-8: İlaç kuluçka. Döngüler 9-27: Sperm kapasitasyonu. Oklar iğneleri gösteriyor. 2-DG: son konsantrasyon 50 mM, AntA/Rot: son konsantrasyon 0.5 m, db-cAMP: son konsantrasyon 1 mM, IBMX: son konsantrasyon 500 μM. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Veri analizi. (A) Fare sperm kapasasyonu sırasında ECAR'daki değişikliklerin ham verileri. (B) İlk 7 veri noktasının kaldırılmasından sonra veri. (C) Veriler cAMP/IBMX enjeksiyonundan önce veri noktasına normalleştirildi. Veriler ortalama olarak 7-8 kuyu ± S.E.M. enjeksiyonları bir ok ile gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Fare sperm kapasasyonu sırasında glikoliz ve oksidatif fosforilasyondeğişiklikleri. (A) 50 mM 2-DG varlığında ve yokluğunda, kapasitülize olmayan ve kapasitülize edici fare sperminde normalleştirilmiş ECAR. (B) 50 mM 2-DG varlığında ve yokluğunda, kapasitülize olmayan ve kapasitülize edici fare sperminde normalleştirilmiş OCR. (C) 0.5 μM antimisin A ve rotenone varlığında ve yokluğunda, kapasitülize olmayan ve kapasitize edici fare sperminde normalleştirilmiş ECAR. (D) 0.5 μM antimisin A ve rotenone varlığında ve yokluğunda, kapasitülolmayan ve kapasitize edici fare sperminde normalleştirilmiş OCR. Veriler db-cAMP/IBMX enjeksiyonundan önce veri noktasına normalleştirilmiş ortalama ± S.E.M olarak gösterilir; n = 6 olarak Enjeksiyonlar bir ok ile gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Bağlantı noktası | Döngü sayısı | Mix (dk) | Bekleyin (dk) | Ölçü (dk) | |
| A: Bazal ECAR/OCR | bağlantı noktası yok | 1 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| B: Sahte enjeksiyon | 1 | 4 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| C: İlaç enjeksiyonu | 2 | 3 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
| D: Capacitation | 3 | 18 | 2:00 | 0:00 | 3:00 |
Tablo 1: Ölçüm Ayrıntıları.

Ek Şekil 1: Hücre dışı akı analizörü TYH tamponunda fare sperminin kapitalasyonu. (A) TYH'de kuluçka sonrası 25 mM HCO3-3 mg/mL BSA ve 20 mM HEPES veya (B) Hücre dışı flux analizörü TYH'de 5 mM db-cAMP ile kapitalasyon sırasında farklı zaman noktalarında tespit edilen fare sperminin tirozin artıklarının fosforilasyonunu, 500 μM IBMX ve 1 mM HEPES, α-fosfotirozin antikor ile tespit edildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Fare sperm kapasiasyonu sırasında glikoliz ve oksidatif fosforilasyon değişiklikleri tespit etmek için dalga tsay şablonu. Dalga masaüstü yazılımı bir kayıt formu doldurduktan sonra ücretsiz olarak indirilebilir(www.agilent.com/en/products/cell-analysis/cell-analysis-software/data-analysis/wave-desktop-2-6)ve Windows 7, 8 veya 10 yüklü, (Mac OSx 10.11 (veya daha yüksek) Parallels 12 (veya daha yüksek). Böylelikle, dalga şablonları hücre dışı akı çözümleyicisinden bağımsız olarak oluşturulabilir, ihraç edilebilir ve daha sonra herhangi bir hücre dışı akı çözümleyicisinin dalga yazılımına aktarılabilir. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Ek Dosya 2: Örnek veri analizi ile dalga yazılımından dışa aktarılan grafik ped prizma dosyası. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Fare sperm kapamanı sırasında glikoliz ve oksidatif fosforilasyondaki gerçek zamanlı değişiklikleri izlemek için hücre dışı akı analizörü uygulamasını tanımladık.
Yazarlar Rockefeller Yüksek Throughput ve Spektroskopi Kaynak Merkezi'nde Dr Lavoisier Ramos-Espiritu destek kabul etmek istiyorum.
| 2-Deoksi-D-glikoz | Sigma-Aldrich | D8375 | 2-DG |
| 3-İzobutil-1-metilksantin | Sigma-Aldrich | I7018 | IBMX; DMSO'da (111.1 mg / ml) 500 mM'lik bir stok çözeltisi hazırlayın ve küçük alikotlarda saklayın |
| Antimisin A | Sigma-Aldrich | A8674 | AntA; DMSO'da (2.7 mg / ml) 5 mM'lik bir stok çözeltisi hazırlayın ve küçük alikotlarda saklayın |
| Sığır serum albümini | Sigma-Aldrich | A1470 | BSA |
| Kalsiyum klorür | Sigma-Aldrich | C1016 | CaCl2 |
| Concanacalin A, Arachis hypogaea'dan (yer fıstığı) | Lektin Sigma-Aldrich | L7381 | ConA |
| Glikoz | Sigma-Aldrich | G7528 | |
| Hepes | Sigma-Aldrich | H0887 | |
| Isothesia | Henry Schein Hayvan Sağlığı | 1169567761 | İzofluran |
| Magnezyum sülfat | Sigma-Aldrich | M2643 | MgSO4 |
| N6,2'-O-Dibutiriladenosin 3 ',5'-siklik monofosfat sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | D0627 | db-cAMP |
| Potasyum klorür | Sigma-Aldrich | P9333 | KCl |
| Potasyum dihidrojen fosfat | Sigma-Aldrich | P5655 | KH2PO4 |
| Rotenone | Cayman Kimya Şirketi | 13995 | Çürük; DMSO'da (2mg / ml) 5 mM'lik bir stok çözeltisi hazırlayın ve küçük alikotlarda saklayın |
| Sodyum bikarbonat | Sigma-Aldrich | S5761 | NaHCO3-Sodyum |
| klorür | Sigma-Aldrich | S9888 | NaCl |
| 12 kanallı pipet 10-100 & mu; L | eppendorf | ES-12-100 | |
| 12 kanallı pipet 50-300 μ L | vwr | 613-5257 | |
| 37 & derece; C, CO2< / sub> inkübatör | vwr | 1545 | |
| 5 mL cetrifuge tüpleri | eppendorf | 30119380 | |
| 50 mL konik santrifüj tüpleri | vwr | 76211-286 | |
| Plaka adaptörlü santrifüj | Thermo Scientific | IEC FL40R | |
| Diseksiyon kiti | Dünya Hassas Aletler | MOUSEKIT | |
| 40X objektifli ters faz kontrast mikroskobu | Nikon | ||
| OctaPool Çözelti Rezervuarları, 25 ml, bölünmüş | Thomas Scientific | 1159X93 | |
| OctaPool Çözelti Rezervuarları, 25 mL, bölünmüş | Thomas Scientific | 1159X95 | |
| Denizatı XFe96 Analizörü | Agilent | ||
| Denizatı XFe96 FluxPak | Agilent | 102416-100 | Ayrıca XFe96 FluxPak mini (102601-100) olarak 18 yerine 6 kartuşlu olarak satılmaktadır. |